FAT32文件系统结构分析

FAT，英文为File Allocation Table，文档分配表。先要记住几个概念：
扇区：一般扇区为512个字节。
簇：由若干个扇区组成，是存取数据的最小单位。如果簇大小为16K，文件大小为1字节，那也要用一个簇来存，而且该簇不用再拿来他用。

FAT文件系统就是专门管理这些簇的。一个文件可能占据一个或者多个簇，按正确的顺序去读取这些簇，就可以获取这个文件的内容了。

一、FAT32基本结构

FAT32基本结构依次为：DBR及其保留扇区、FAT表1、FAT表2、根目录和数据区。

1、DBR及其保留扇区

DBR是文件系统的引导扇区，位于第0号扇区，它记录着文件系统的起始位置、大小、FAT表个数及大小等相关信息。后面跟着由若干个扇区组成的保留扇区，保留扇区的大小记录在DBR中。

0x00~0x02：3字节，跳转指令。
0x03~0x0A：8字节，文件系统标志和版本号，这里为MSDOS5.0。
0x0B~0x0C：2字节，每扇区字节数，0x0200=512字节
0x0D~0x0D：1字节，每簇扇区数，0x08个。
0x0E~0x0F：2字节，保留扇区数，0x0C22=3106个。
0x10~0x10：1字节，FAT表个数，0x02。
0x11~0x12：2字节，FAT32必须等于0，FAT12/FAT16为根目录中目录的个数；
0x13~0x14：2字节，FAT32必须等于0，FAT12/FAT16为扇区总数。
0x15~0x15：1字节，哪种存储介质，0xF8标准值，可移动存储介质。
0x16~0x17：2字节，FAT32必须为0，FAT12/FAT16为一个FAT 表所占的扇区数。
0x18~0x19：2字节，每磁道扇区数，只对于“特殊形状”（由磁头和柱面分割为若干磁道）的存储介质有效，0x003F=63。
0x1A~0x1B：2字节，磁头数，只对特殊的介质才有效，0x00FF=255。
0x1C~0x1F：4字节，EBR分区之前所隐藏的扇区数，0x0004A800=305152又出现了呢，与MBR中地址0x1C6开始的4个字节数值相等。
0x20~0x23：4字节，文件系统总扇区数，0x00E83800=15218688
0x24~0x27：4字节，每个FAT表占用扇区数，0x000039EF=14831
0x28~0x29：2字节，标记，此域FAT32 特有。
0x2A~0x2B：2字节，FAT32版本号0.0，FAT32特有。
0x2C~0x2F：4字节，根目录所在第一个簇的簇号，0x02。（虽然在FAT32文件系统下，根目录可以存放在数据区的任何位置，但是通常情况下还是起始于2号簇）
0x30~0x31：2字节，FSINFO（文件系统信息扇区）扇区号0x01，该扇区为操作系统提供关于空簇总数及下一可用簇的信息。
0x32~0x33：2字节，备份引导扇区的位置。备份引导扇区总是位于文件系统的6号扇区。
0x34~0x3F：12字节，用于以后FAT 扩展使用。
0x40~0x40：1字节，与FAT12/16 的定义相同，只不过两者位于启动扇区不同的位置而已。
0x41~0x41：1字节，与FAT12/16 的定义相同，只不过两者位于启动扇区不同的位置而已。
0x42~0x42：1字节，扩展引导标志，0x29。与FAT12/16 的定义相同，只不过两者位于启动扇区不同的位置而已
0x43~0x46：4字节，卷序列号。通常为一个随机值。
0x47~0x51：11字节，卷标（ASCII码），如果建立文件系统的时候指定了卷标，会保存在此。
0x52~0x59：8字节，文件系统格式的ASCII码，FAT32。
0x5A~0x1FD：共410字节，引导代码。
0x1FE~0x1FF：签名标志“55 AA”。

2、FSINFO扇区

FAT32在保留区中增加了一个FSINFO扇区，用以记录文件系统中空闲簇的数量以及下一可用簇的簇号等信息，以供操作系统作为参考。FSINFO信息扇区一般位于文件系统的1号扇区，结构非常简单。

0x200~0x203：4个字节，扩展引导标志“52 52 61 41”。
0x204~0x3E3：480个字节，未使用，全部置0。
0x3E4~0x3E7：4个字节，FSINFO签名“72 72 41 61”。
0x3E8~0x3EB：4个字节，文件系统的空簇数，FF FF FF FF,这个值感觉有问题，格式化SD卡新建一个小于4K的文件，此处的值变成1C F6 FE，所以上面的值应该为0x1FF6FF，猜测可能是由于格式化之后就会将此处置FF，新建文件后才会恢复。
0x3EC~0x3EF：4个字节，下一可用簇号（0x00000002）。
0x3F0~0x3FD：14个字节，未使用。
0x3FE~0x3FF：2个字节，“55 AA”标志。
温馨提示：通常情况下，文件系统的2号扇区结尾也会被设置“55 AA”标志。6号扇区也会有一个引导扇区的备份，相应的7号扇区应该是一个备份FSINFO信息扇区，8号扇区可以看做是2号扇区的备份。

2、FAT1：FAT的含义是文件分配表，FAT32一般有两份FAT，FAT1是第一份，也是主FAT。

FAT2：FAT2是FAT32的第二份文件分配表，也是FAT1的备份，跟在FAT1的后面。

文件系统用簇作为基本单位来存放文件的数据。对于小文件，只需要用到一个簇来保存文件的所有数据。对于大文件，就需要分配多个簇，存放同一个文件的簇不一定连续，这就需要把簇的前后关系用FAT表来存放表示。

与FAT16类似，FAT32用32bit来描述一个簇。第0、1、2、3个字节表示第0个簇，第4、5、6、7个字节表示第1个簇，第8、9、10、11个字节表示第2个簇…就这样，每个簇都有4个和它对应的字节，这4个字节里面存放的数据就是文件中下一个簇大小数据所在的簇号。
比如要读new.txt文件，从根目录中找到了它，读它的根目录信息知道它的第一个簇的簇号是5，于是把第5号簇的数据送出去，在FAT表中5号簇是第20、21、22、23字节来表示的，于是去读第20、21、22、23字节，得到00000007，知道了文件接下来的数据保存在7号簇中，把7号簇的数据送出去，又去读第28、29、30、31字节的数据，得到FFFFFFFF，说明文件到末尾了。

3、根目录和数据区：

根目录就是保存盘中有哪些文件，该文件相关信息的地方。用32字节表示一个对象。当从文件系统中读文件的时候，比如读TEST.txt文件就是先在根目录中找到该文件，然后读它的信息，得到它的起始簇号，接着把起始簇号的数据送出去，然后去FAT表得到接下来数据保存的簇号，把对于数据送出去，一直到结束。

0x00-0x07：文件名，不足8个字节0x20补全(短文件名8.3命名规则)
0x08-0x0A：扩展名
0x0B：文件属性，0x20表示归档
0x0D：创建时间的10毫秒位
0x0E-0x0F：文件创建时间
0x10-0x11：文件创建日期
0x12-0x13：文件最后访问日期
0x14-0x15：文件起始簇号的高16位 0x0000
0x16-0x17：文件最近修改时间
0x18-0x19：文件最近修改日期
0x1A-0x1B：文件起始簇号的低16位 0x0003
0x1C-0x1F：文件的长度，0x2206=8710bytes=8.5K

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